Задание, страница 58 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Задания в параграфе. Параграф 7. Многообразие веществ и его причины. Глава 2. Строение вещества. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - страница 58.

Условие.

Задание. Приведите примеры гомологических рядов органических веществ разных классов. Подтвердите общность химических свойств веществ, образующих их.

Решение.

Решение 2.

Гомологический ряд — это ряд органических соединений, имеющих сходное химическое строение, одинаковые функциональные группы и, как следствие, сходные химические свойства. Каждый последующий член ряда отличается от предыдущего на гомологическую разность — группу $-CH_2-$. Общая формула для всех членов одного гомологического ряда также является их общей характеристикой.

Гомологический ряд алканов

Алканы — это предельные (насыщенные) углеводороды, в молекулах которых атомы углерода соединены между собой только одинарными (сигма) связями. Общая формула гомологического ряда алканов: $C_nH_{2n+2}$ (где $n \ge 1$).

Примеры гомологов:

• $CH_4$ — метан
• $C_2H_6$ — этан
• $C_3H_8$ — пропан
• $C_4H_{10}$ — бутан

Общность химических свойств:

Химические свойства алканов определяются наличием прочных, малополярных $C-C$ и $C-H$ связей. Для них характерны реакции, протекающие с разрывом этих связей, в первую очередь реакции замещения и горения.

1. Реакция горения (окисления). Все алканы горят на воздухе с образованием углекислого газа и воды, выделяя большое количество теплоты.
На примере пропана: $C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$

2. Реакция галогенирования (радикальное замещение). Все алканы вступают в реакции замещения с галогенами (кроме йода) при УФ-облучении или нагревании.
На примере этана и хлора: $C_2H_6 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_2H_5Cl + HCl$

Ответ: Все представители гомологического ряда алканов являются малоактивными соединениями, для которых характерны реакции горения и радикального замещения, что подтверждает общность их химических свойств.

Гомологический ряд предельных одноатомных спиртов

Предельные одноатомные спирты — это производные алканов, в которых один атом водорода замещен на гидроксильную группу $-OH$. Общая формула: $C_nH_{2n+1}OH$ (где $n \ge 1$).

Примеры гомологов:

• $CH_3OH$ — метанол (метиловый спирт)
• $C_2H_5OH$ — этанол (этиловый спирт)
• $C_3H_7OH$ — пропанол (пропиловый спирт)

Общность химических свойств:

Свойства спиртов определяются наличием функциональной гидроксогруппы $-OH$. Эта группа обуславливает их характерные реакции.

1. Взаимодействие с активными металлами. Все спирты реагируют с щелочными и щелочноземельными металлами с образованием алкоголятов и выделением водорода.
На примере этанола и натрия: $2C_2H_5OH + 2Na \rightarrow 2C_2H_5ONa + H_2 \uparrow$

2. Реакция этерификации. Все спирты способны реагировать с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфиры и воду.
На примере метанола и уксусной кислоты: $CH_3COOH + CH_3OH \rightleftharpoons CH_3COOCH_3 + H_2O$

3. Дегидратация. В зависимости от условий, спирты могут подвергаться внутримолекулярной (с образованием алкенов) или межмолекулярной (с образованием простых эфиров) дегидратации.
Межмолекулярная дегидратация этанола: $2C_2H_5OH \xrightarrow{140^\circ C, H_2SO_4} C_2H_5-O-C_2H_5 + H_2O$

Ответ: Общие химические свойства спиртов, такие как взаимодействие с активными металлами, реакции этерификации и дегидратации, обусловлены наличием у всех представителей этого гомологического ряда одной и той же функциональной группы — гидроксильной ($-OH$).

Гомологический ряд предельных одноосновных карбоновых кислот

Предельные одноосновные карбоновые кислоты — это органические соединения, содержащие одну карбоксильную группу $-COOH$, связанную с углеводородным радикалом. Общая формула: $C_nH_{2n+1}COOH$ (где $n \ge 0$) или $C_mH_{2m}O_2$ (где $m \ge 1$).

Примеры гомологов:

• $HCOOH$ — муравьиная (метановая) кислота
• $CH_3COOH$ — уксусная (этановая) кислота
• $C_2H_5COOH$ — пропионовая (пропановая) кислота

Общность химических свойств:

Химические свойства определяются функциональной карбоксильной группой $-COOH$.

1. Кислотные свойства. Все карбоновые кислоты являются слабыми электролитами и проявляют все общие свойства кислот: диссоциируют в воде, изменяют окраску индикаторов, реагируют с металлами, основными оксидами, основаниями и солями более слабых кислот.
Реакция с основанием на примере уксусной кислоты: $CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$
Реакция с активным металлом на примере пропионовой кислоты: $2C_2H_5COOH + Mg \rightarrow (C_2H_5COO)_2Mg + H_2 \uparrow$

2. Реакция этерификации. Как уже упоминалось, все карбоновые кислоты реагируют со спиртами с образованием сложных эфиров.
На примере пропионовой кислоты и этанола: $C_2H_5COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons C_2H_5COOC_2H_5 + H_2O$

Ответ: Наличие карбоксильной группы ($-COOH$) у всех членов гомологического ряда карбоновых кислот определяет их общие химические свойства — способность проявлять кислотные свойства (реагировать с металлами, основаниями, основными оксидами) и вступать в реакцию этерификации со спиртами.